第十三章海洋巖土工程勘察本章重點：海洋沉積物的工程地質特征；海港的工程地質問題及其處理措施，港口工程地質勘察要點。第一節概述

一、海洋工程的分類

1、港灣工程：港口、船廠、海灣水庫、海上架橋、圍海造田、海上機場及海上城市

2、海洋動力工程：潮汐、波浪及海水溫差發電站

3、以海底石油為中心的海洋礦產資源開發工程：海洋石油鉆探平臺、人工島、海底儲油罐庫及海底輸油管等

4、海底電纜、地錨工程

5、海底隧道及海底倉庫工程

6、海中瞭望塔、燈塔

7、軍事海洋工程：軍事基地、水下補給基地、水下兵工廠、水下觀測系統及反潛環境預報系統等

第二節海洋沉積物的工程地質特征及變形破壞型式一、海洋沉積物的工程地質特征1.高靈敏度。由于海水的離子作用，海洋沉積物的靈敏度一般都在4以上。也就是說，當海洋沉積物受到擾動時其強度可喪失75％以上，有的甚至可達98.8％。

2.高孔隙性。由于海水的長期作用，粘土質海洋沉積物戍典型的絮狀結構，絮狀的細小粒子堆聚成巨大的絮狀物，其孔隙比一般都大于1.5，有的甚至可高達5.4。

3.高觸變性。粘土質海洋沉積物的膠體特性很強，在海洋環境中粘土粒子之間有一定的結構聯結。當沉積物被擾動時結構聯結遭到破壞并發生膠溶作用，強度大大降低甚至變成稀釋狀態，但當其靜止后由于凝聚作用又會使沉積物的強度有所恢復。所以這種高觸變性可以多次重復發生。

4.高蠕變性。粘土質海洋沉積物在固定不變的或連續發生的剪切應力作用下，隨著時間的延續會產生長期的流變變形，常使建筑物的沉降持續很多年。

5.高液化性。細粒砂質海洋沉積物在某種動力作用下，瞬息間就會使飽水砂的結構突然破壞，砂粒相互脫離接觸，孔隙水壓力增至全應力，砂粒懸浮而失穩，使建筑物地基產生不均勻沉降，或由于液化的砂土向旁側流出使建筑物遭到破壞。

6.高含水性。海洋沉積物的天然含水率都在塑限以上，且大部分超過了液限，有的高達423％。資料表明，海洋沉積物的這種高含水性是隨深度的增大而降低的，致使其抗剪強度隨深度的增大而增大。

7.高壓縮性。粘土質海洋沉積物屬高壓縮性軟土，壓縮系數一般都大于0.816μ㎡／N，有的可高達20.4μ㎡／N，因此海洋工程建筑的沉降量都非常大。

8.低滲透性。粘土質海洋沉積物基本上是不透水的，這對地基的固結不利，所以海洋工程建筑地基沉降延續的時間很長。

9.低強度。海洋沉積物的力學強度很低，局部地方甚至可出現負強度。

10.高變異性。海洋沉積物就其成因類型而言并不如陸地沉積物多，但海洋沉積物在空間分布的變化上卻比陸地沉積物大得多。二、海洋沉積物變形破壞的主要型式

海洋沉積物特別是三角洲沉積物，在不斷增加的沉積作用、海浪、地震等超荷載的影響下常產生負強度效應而導致變形和破壞。其變形破壞的主要型式是滑坡。這些滑坡大致可以分為以下幾種類型：

1．邊緣旋轉型滑坡

這類滑坡是在一種凹透鏡狀的曲線底部之上發生的滑動。多個剪切破裂面同時開裂發展到共同的平行于沉積基底的底部剪切面。產生這類滑坡的主要原因是由于沉積速度過快造成的超孔隙壓力及沉積體前沿坡度過大。

2．滑塌沉陷型滑坡

這類滑坡在平面上呈碗狀凹陷形，其邊緣被明顯的陡坎所圈定。發生這類滑坡的地區海底坡度很小，一般僅0.1°—0.2°，產生這類滑坡的原因是各支河口外沉積物的沉積負荷差異、波浪壓力的循環荷載和有機質遞解不斷產生天然氣。

3．瓶頸型滑坡

這類滑坡從沉積物開始移動的發源處的上坡方向和下坡方向均有滑動，向上坡方向傳播的滑動使破壞區不斷擴大，稱擴展破壞區。產生這類滑坡的主要原因可歸結為：當沉積物重塑到某一含水量時，較高的天然氣和孔隙水壓力使沉積物流出，上坡方向的斜坡失去了支撐發生進一步滑動，其剪切面的深度一般在泥面以下10—20m處。

4．延長型滑坡

這類滑坡多出現在旋轉型滑坡受到特殊干擾的時候，多數滑坡的上坡方向都有一個滑動發源區具有明顯的旋轉型滑坡的特征。中部有一個狹長的溝槽將上坡方向的滑坡發源區和下坡方向的組合坡腳扇連接起來。產生這類滑坡的主要原因與瓶頸狀滑坡相似。

第三節海港工程地質研究一、概述二、海港的主要工程地質問題

1、區域穩定問題

1）海岸是地殼運動和洋面變遷的共同結果

2）地質構造對我國海岸發育的控制作用

3）海岸的升降變化對建港的影響

2、碼頭及防波堤的地基穩定問題

不同類型的建筑物對地基允許承載力的要求是不同的。對于碼頭和防波堤來說，它們是港口的重型建筑物，而且主要部分甚至全部是建于海灘上的，修建前不可能很好地整平地基，會因地基傾斜導致建筑物靜荷載合理的作用點偏離地基中心，使地基承受傾斜力;強大海浪海流的拖曳作用也會在地基承壓面上產生一個偏心力。像這樣的傾斜負荷和偏心負荷，會使地基在一個比正常作用于基礎底面上的力低的荷載下就發生破壞。因此這些建筑物對地基允許承載力的要求更高，最好修在基巖或砂礫石地基上。

3、港池和航道的回淤問題及處理措施

1）阻止淤積物進入海港的措施

根據淤積物的來源和性質的不同，一般有三種處理方法。

(1)石子和粗砂類淤積物的處理方法

粗粒淤積物主要發生在侵蝕強烈、流速很大的山區河流之河口處。由于粗粒物質大多沿河床運動，因此可以在河流上特別是上游支流的入口處，修建低的順壩將可能進入海港的大小石子予以阻攔，或者將它們引導到別的地方去。

(2)細粒淤積物的處理方法

一些位于流速緩慢的河口港，因為潮水的反復漲落，水中懸移質含量較重，容易造成海港回淤。此時可在下游將河口拓寬，借用漲潮和退潮的河水沖刷港口河道，以防止海港回淤。此外，如果裝有特別設計的單向潮閘，在退潮的時候對汐砂加以控制，亦可利用退潮的力量清除港內的淤積物。

(3)大量回淤的處理方法

當建港地區的河口淤塞十分嚴重時，則應建筑離河港以避免回淤。這就是將海港建筑在離河口一定距離的地方，開挖一條進港河道把海港與河口連接起來。必要時還可在進港河道上建一閘，以便在水渾濁時期，將河口與海港隔離開，達到阻止淤積物進入海港的目的。2．清除港內淤積物的措施

目前清除港內淤積物最有效的措施仍然是浚挖，就是用挖泥船將淤積物挖除。一艘新式挖泥船有一萬匹馬力，每天可挖泥2萬米3以上，所以用此法來維持一個海港的預定水深是不會有困難的。為了選擇合理的防淤措施，工程地質勘察中必須查明：淤積物的主要來源地及其進入海港的方向；淤積物的性質及其粗細程度;淤積物的大概數量。三、港址選擇和建筑物結構設計的工程地質論證(一)港址選擇的工程地質論證

1、港址的基本要求

港址選擇是一項重要而復雜的工作。良好的港址能夠加快施工速度、縮短建設時間、節省建設投資，內部配置合理、經營管理便利，船舶運轉安全，迅速、維修工作少，有利于降低運輸費用。因此它應滿足以下具體要求：

(1)港灣應具有寬闊的水域以便于船舶自由進出和回旋；

(2)港池和航道有較大的水深(一般不小于12m)以便較大船舶的進出和靠泊；

(3)港口水域最好有天然掩護，如必須建造防波堤時，則應有較好的地基條件，以保證防波堤的安全和經濟；

(4)沖、淤不強烈，以保證港池和航道的穩定和預計的水深；

(5)要有方便的船舶靠泊錨地，所以海底不能有太多巖石，也不能有太多砂成全是泥；

(6)有足夠的陸域面積，以便于港口作業區和各種建筑物合理而有規律地布道。還要有碼頭等重型建筑物的良好地基；

(7)海港地處國防前哨，是國家的門戶、水陸交通的樞紐，必須滿足國防和戰備要求；

(8)有足夠的電源和水源，有良好的施工場地，建筑材料供應方便并盡可能就地取材以減少運輸費用；

(9)與城市有良好的聯系和配合；

(10)岸線長度和水、陸域，均應有港口進一步發展的余地。

2．不同地區港址的特點

(1)海岸地區港址的特點

根據組成物質的不同，我國海岸可分為巖岸、砂岸和淤泥質海岸。巖岸岸線曲折，岸坡一般較陡，近岸水深條件好，有掩護較好的海灣，而且泥砂來源少，地基條件好，容易形成天然良港。

沙岸岸線平直，岸坡較緩，一般是水淺浪小，泥砂來源多，因此主要問題是如何保證減少港內回淤以維持適當的水深。淤泥質海岸岸線平直，岸坡極緩，深水區離岸極遠，沿岸泥砂運動強烈，地基條件差。在這種地區建港，回淤和地基穩定問題是主要的工程地質問題。

(2)河口地區港址的特點入海河口有良好的掩護和深水岸線，且地勢開闊平坦，在這里建港有條件發展為海陸聯運的樞紐。但由于河口外往往有攔門砂存在，航道必須在攔門砂上開挖，因此河口地區航道的回淤問題就成為必須解決好的首要問題了。對于有河叉分布的三角洲，則應選擇河床較為穩定的叉河作為航道。此外，在河，口地區建港，還應選擇水深合適的順直段或彎曲河段的凹岸，潮流界附近是淤積最嚴重的河段，一般不宜建港，為避免潮流附近的航道經常大量挖泥，故應在潮流界以下建港為宜。

3．港址的選擇

選擇港址時必須根據對港址的要求，全面研究各比較港址的工程地質條件，特別其中的地質構造、地形地貌和巖土工程地質性質等，抓住區域穩定性、建筑物配置和地基穩定性、港池回淤等主要工程地質問題進行具體地分析對比，才能選出比較優良的港址來。(二)防波堤的布置和結構選擇的論證

防波堤的平面布置型式可分為四種基本類型(圖12-13）1．單突堤式：自海岸適當的地點起構筑一道伸入海中的防波堤，以形成一片寧靜的海域作為港口。2．雙突堤式：這種港口是由兩道防波堤圍合而成。這種布置形式較單突堤式優越，可以阻擋幾個不同方向的風浪和漂砂，也可適應不同的自然地質環境。3．島堤式：將防波堤全筑于海中如島一樣，阻擋迎面襲來的風浪和漂砂。防波堤的形式可直可曲，數量可多可少，視地形地質條件與需要而定。4．混合堤式：是把突堤和島堤聯合起來運用以形成港口。它可適用于各種不同的自然地質環境，同時具有多個進出口，非常方便，故常為大型港口所采用。防波堤的結構型式也比較多，根據它們對地質條件的要求不同，可分為斜坡堤式，直立堤式，混成堤式三大類。第四三節三離岸三建筑三的工三程地三質研三究一、三離岸三建筑三的類三型及三其所三處的三環境三特征離岸三建筑(O三ff三sh三or三e三St三ru三ct三ur三e)是指三那些三建筑三在距三離海三岸相三當遠三的海三中建三筑物三，也三稱為三岸外三建筑三，除三防波三堤外三，按三其用三途還三有海三洋鉆三探平三臺，三海上三燈塔三，人三工島(A三rt三ff三ic三ia三I三sl三an三d)，海三上飛三機場三、海三上油三池和三海洋三資料三收集三塔臺三等。二、三海洋三鉆探三平臺三穩定三性問三題海洋三鉆探三和陸三上鉆三探的三主要三區別三在于三海洋三鉆探三必需三設置三鉆探三平臺(p三la三te三fo三rm三)。海上三鉆探三平臺三的地三基是三否穩三定，三特別三是在三風浪三等因三素作三用下三是否三會因三地基三的變三形失三穩而三導致三鉆探三平臺三的滑三移傾三倒，三是必三須予三以高三度重三視的三問題三。19三69年8月17日卡三米爾三颶風三襲擊三了墨三西哥三的路三易斯三安那三沿海三地區三，致三使該三處當三時世三界上三工作三水深三最大三的一三座固三定式三海上三鉆探三平臺三倒塌三，造三成了三巨大三的損三失，三僅被三破壞三的設三備就三價值1億多三美元三。究三其原三因是三由于三暴風三波浪三對沉三積物三的擾三動，三強度三降低三，進三而向三海底三下坡三方向三滑塌三，對三平臺三的基三礎構三件造三成巨三大的三水平三作用三力使三其發三生彎三曲破三壞，三導致三了平三臺的三倒塌三。第五三節三海三洋建三筑工三程地三質勘三察要三點一、三港口三工程三地質三勘察三要點大中三型港三口的三工程三地質三勘察三一般三與設三計階三段相三適應三地劃三分為三選址三勘察三、初三步設三計工三程地三質勘三察和三施工三圖設三計工三程地三質勘三察三三個階三段。(一)選址三工程三地質三勘察(選址三勘察)選址三勘察三的目三的是三概略三地了三解擬三建港三址的三工程三地質三條件三，為三綜合三評價三港址三的建三設適三宜性三提供三工程三地質三資料三。采三用的三勘察三方法三主要三是收三集已三有的三資料三和現三場踏三勘。三若需三要布三置勘三探工三作時三，河三港勘三探點三距順三岸向三一般三為30三0—50三0m，垂三岸向10三0—20三0m；海三港勘三探點三距一三般為50三0一l0三00三m，當三基巖三埋藏三較淺三時可三適當三加密三。勘三探深三度一三般均三不超三過40三m。勘三探宜三采標三貫試三驗等三簡單三方法三。(二)初步三設計三階段三工程三地質三勘察(初勘)初勘三的目三的是三為在三已選三定的三港址三上合三理地三確定三建筑三的總三體布三置、三結構三型式三、基三礎類三型，三和施三工方三法等三提供三工程三地質三資料三。應三全面三地調三查港三址區三的工三程地三質條三件，三為研三究關三鍵性三工程三地質三問題三和合三理地三布置三勘探三工作三提供三依據三。經三調查三后尚三需進三行工三程地三質測三繪時三，測三繪的三范圍三視具三體情三況確三定，三比例三尺一三般采三用1／20三00—1／50三00。勘三探工三作應三在充三分考三慮港三址特三點、三建筑三物類三型、三已有三工程三地質三資料三等的三基礎三上來三布置三勘探三點中三取原三狀試三樣的三鉆孔三不得三少于1／2，取三樣間三距一三般為lm。(三)施工三圖設三計階三段工三程地三質勘三察(施勘)施勘三的目三的是三為地三基基三礎設三計、三施工三和擬三定防三治不三良地三質因